近現(xiàn)代,膜材由于其自身的密度小、重量輕、強(qiáng)度高、壽命長、抗震性好、施工便利等一系列優(yōu)點(diǎn),在建筑、航天、航空等領(lǐng)域有普遍的應(yīng)用。但是,膜材是一種典型的非線性、各向異性的柔性復(fù)合材料,具有復(fù)雜的力學(xué)特征,其模型很難用一個(gè)簡單的數(shù)學(xué)公式精確表示。對膜材的計(jì)算分析、工藝制造、工程設(shè)計(jì),基本都是基于其材料特性參數(shù)。因此,采用合適的試驗(yàn)方法,獲取膜材的材料特性參數(shù),是膜材應(yīng)用的基礎(chǔ),對膜材的發(fā)展具有一定的推進(jìn)作用。目前,膜材材料特性參數(shù)的測量基本都是基于單軸的拉伸試驗(yàn)。但是,膜材應(yīng)用的常態(tài)是雙軸受力,與單軸受力有著明顯的差異。設(shè)計(jì)時(shí)如果只參考單軸受力試驗(yàn)的結(jié)果,容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)的不合理,產(chǎn)生安全隱患。因此,開展膜材雙軸加載試驗(yàn)研究具有理論意義與工程應(yīng)用價(jià)值。針對所設(shè)計(jì)的一種膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng),本論文重點(diǎn)研究適用于不同試驗(yàn)加載方式、不同加載譜、不同膜材試件的控制策略。為此,完成了膜材特性分析及膜材雙軸試驗(yàn)要求分析、膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、加載控制系統(tǒng)仿真與控制策略分析、控制系統(tǒng)軟件開發(fā)、試驗(yàn)樣機(jī)制作與相關(guān)的試驗(yàn)分析等。本論文的研究工作主要包括以下五個(gè)部分:首先,分析了膜材的力學(xué)特性及膜材雙軸加載試驗(yàn)的試驗(yàn)要求,為膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和參考,進(jìn)而為系統(tǒng)的控制策略的研究提供了明確的方向。其次,根據(jù)膜材的力學(xué)特性和雙軸加載試驗(yàn)要求,設(shè)計(jì)了膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng);完成了試驗(yàn)臺(tái)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并使用SolidWorks軟件建立了試驗(yàn)臺(tái)架的三維模型;確立了控制系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu),以實(shí)現(xiàn)加載系統(tǒng)的力閉環(huán)控制、位置閉環(huán)控制和速度閉環(huán)控制。再次,基于AMESim軟件,建立了膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)的仿真模型,對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、力跟蹤特性、位置跟蹤特性和速度跟蹤特性進(jìn)行了仿真分析。然后,根據(jù)膜材的力學(xué)特性及其雙軸加載要求,參照AMESim建模仿真的結(jié)果,設(shè)計(jì)了膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)的控制策略,并引入了小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法;利用AMESim和Simulink的聯(lián)合仿真,對所提出的控制策略及控制算法進(jìn)行了進(jìn)一步的仿真驗(yàn)證。最后,完成了膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)與控制系統(tǒng)軟件的開發(fā),搭建了試驗(yàn)樣機(jī)和開展了相關(guān)的加載試驗(yàn),并將試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行了對比驗(yàn)證分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,本論文所設(shè)計(jì)的膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)能夠滿足膜材雙軸加載試驗(yàn)的需求,具有較好的穩(wěn)定性和力/位置/速度跟蹤特性;特別是所提出的基于位置補(bǔ)償?shù)目刂撇呗院托〔ㄉ窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器算法能夠更好地適用于所設(shè)計(jì)的膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng),可以滿足不同加載方式、不同加載譜、不同膜材試件的加載要求,并具有較好的加載效果。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TB383.2
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
第一章 緒論
    1.1 課題研究的背景與意義
    1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 論文主要研究內(nèi)容
第二章 膜材雙軸電液比例加載試驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)
    2.1 引言
    2.2 膜材性能及試驗(yàn)要求
        2.2.1 膜材力學(xué)特性
        2.2.2 力/位置/速度控制的解耦要求
        2.2.3 雙軸加載的解耦要求
        2.2.4 試驗(yàn)加載方式適應(yīng)性要求
        2.2.5 加載譜適應(yīng)性要求
        2.2.6 不同膜材試件適應(yīng)性要求
    2.3 電液比例加載系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
        2.3.1 系統(tǒng)液壓原理
        2.3.2 伺服液壓缸選型
        2.3.3 電磁比例方向閥選型
        2.3.4 電磁比例溢流閥選型
        2.3.5 液壓泵與電機(jī)選型
    2.4 試驗(yàn)臺(tái)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.5 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.6 本章小結(jié)
第三章 膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)建模與仿真
    3.1 引言
    3.2 數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)
        3.2.1 電磁比例方向閥數(shù)學(xué)模型
        3.2.2 單個(gè)閥控液壓缸數(shù)學(xué)模型
    3.3 液壓系統(tǒng)建模
        3.3.1 基于AMESim的液壓系統(tǒng)建模
        3.3.2 電磁比例方向閥模型確認(rèn)
    3.4 控制系統(tǒng)建模及聯(lián)合仿真建模
        3.4.1 AMESim與Simulink聯(lián)合仿真介紹
        3.4.2 基于Simulink的控制系統(tǒng)建模
    3.5 系統(tǒng)特性分析
        3.5.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析
        3.5.2 力跟蹤特性分析
        3.5.3 位置/速度跟蹤特性分析
    3.6 待解決的問題
    3.7 本章小結(jié)
第四章 膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)策略分析
    4.1 引言
    4.2 力/位置/速度控制解耦及分析
        4.2.1 位置/速度控制的綜合
        4.2.2 常用的力/位置控制解耦方法
        4.2.3 基于位置補(bǔ)償?shù)目刂撇呗?br>        4.2.4 普通PID控制策略及未解決的問題
    4.3 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制策略
        4.3.1 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制
        4.3.2 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器
    4.4 控制仿真及結(jié)果
        4.4.1 NCL試驗(yàn)方法仿真
        4.4.2 日本試驗(yàn)方法仿真
        4.4.3 德國試驗(yàn)方法仿真
        4.4.4 其他試驗(yàn)方法仿真
    4.5 本章小結(jié)
第五章 膜材雙軸電液比例加載控制系統(tǒng)試驗(yàn)與分析
    5.1 引言
    5.2 硬件系統(tǒng)搭建
        5.2.1 工業(yè)計(jì)算機(jī)
        5.2.2 數(shù)據(jù)板卡
        5.2.3 拉力傳感器及位移傳感器
        5.2.4 控制柜設(shè)計(jì)
    5.3 控制軟件設(shè)計(jì)
        5.3.1 普通PID控制算法實(shí)現(xiàn)
        5.3.2 小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法實(shí)現(xiàn)
        5.3.3 控制程序架構(gòu)
        5.3.4 基于MFC的操作界面
    5.4 試驗(yàn)與結(jié)果分析
        5.4.1 NCL試驗(yàn)方法
        5.4.2 日本試驗(yàn)方法
        5.4.3 德國試驗(yàn)方法
        5.4.4 其他試驗(yàn)方法
    5.5 本章小結(jié)
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 總結(jié)
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果

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本文編號：2829962